計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及使更多的資源和應(yīng)用可以利用網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程獲得,，所以身份認(rèn)證問題成為網(wǎng)絡(luò)安全研究中的重要課題,。當(dāng)前主要的身份認(rèn)證方法有以下幾種：基于口令的身份認(rèn)證；基于生物特征的身份認(rèn)證,；基于智能卡的身份認(rèn)證以及幾種方式的混合認(rèn)證,。結(jié)合密碼學(xué)和智能卡技術(shù)的身份認(rèn)證方案也被多次提出，許多專家和學(xué)者還提出了多種改進(jìn)的方案,。

　　但是,，這些方案均會(huì)出現(xiàn)一些不可避免的漏洞,。針對多種方案的漏洞，該文提出了一種在智能卡中引入公鑰密碼算法的認(rèn)證方案,，并對其安全性進(jìn)行了分析,，該方案的安全性和優(yōu)越性也在文中得到體現(xiàn)。

　　0 引言

　　隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及和電子商務(wù)的發(fā)展,，越來越多的資源和應(yīng)用都是利用網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程獲得的,。如何確保特定資源只被合法、授權(quán)的用戶訪問,，即如何正確地鑒別出用戶的身份是確保通信網(wǎng)和數(shù)據(jù)安全的首要條件,。目前，主要的身份認(rèn)證方法有3 種：基于口令的身份認(rèn)證,；基于生物特征的身份認(rèn)證和基于智能卡的身份認(rèn)證,。結(jié)合密碼學(xué)技術(shù)，很多專家和學(xué)者提出了基于智能卡的身份認(rèn)證的有效方案,。

　　2000 年,，Sun提出了一種基于哈希函數(shù)的智能卡有效遠(yuǎn)程認(rèn)證方案，但該方案容易遭受密碼猜測攻擊和內(nèi)部攻擊,。2002 年,，文獻(xiàn)[5]作者也在單向哈希函數(shù)基礎(chǔ)上提出了一種方案。隨后,，很多專家和學(xué)者提出了各自的方案,，這些方案通過引入隨機(jī)數(shù)、計(jì)數(shù)器,、時(shí)戳等參數(shù)來實(shí)現(xiàn)有效地,、安全地雙向認(rèn)證。但遺憾的是,，這些方案均會(huì)出現(xiàn)一些不可避免的漏洞,。

　　在分析以上方案的基礎(chǔ)上，這里提出了一種新的遠(yuǎn)程用戶認(rèn)證方案,。該方案是隨著電子技術(shù)和芯片技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的設(shè)想,。文獻(xiàn)[6-8]證明了公鑰密碼算法在智能卡中的應(yīng)用。該方案在保留了以上文獻(xiàn)所采用的部分參數(shù)的基礎(chǔ)上,，在智能卡中引入了公鑰密碼算法,，可靠地實(shí)現(xiàn)了通信雙方的身份認(rèn)證，能夠抵御多數(shù)類型攻擊,，具有很強(qiáng)的安全性,。

　　1 術(shù)語定義

　　下面定義在文中所用到的符號：

　　U 表示認(rèn)證協(xié)議中的用戶；S 表示認(rèn)證協(xié)議中的認(rèn)證服務(wù)器；
ID 為用戶的身份標(biāo)識,；PW 為用戶登陸口令,；Ti 為時(shí)戳；h﹙·﹚為單向哈希函數(shù),；⊕為異或運(yùn)算,；為安全的通信信道；→為不安全的,、普通的通信信道,；E 為加密算法；D 為解密算法,；Ku 為用戶的公鑰,；ku 為用戶的私鑰；Ks 為服務(wù)器的公鑰,；ks 為服務(wù)器的私鑰,。

　　2 所提出的認(rèn)證方案

　　該方案由注冊階段、登陸階段,、雙向驗(yàn)證階段,、密碼修改階段組成。

　　2.1 注冊階段

　　R1：用戶選擇自己的標(biāo)識ID,、公鑰Ku,、私鑰ku、口令PW 并計(jì)算h﹙PW﹚,，通過安全信道提交給認(rèn)證服務(wù)器S,，即US：ID，h﹙PW﹚,，Ku,，ku。

　　R2：服務(wù)器產(chǎn)生自己的私鑰ks 和公鑰Ks,，并將自己的公鑰Ks 發(fā)布出去,，將ks 保存好，把用戶的公鑰Ku 存入數(shù)據(jù)庫,。同時(shí)服務(wù)器計(jì)算Vi=h﹙ID⊕ks﹚,，Ri=h﹙ID⊕ks﹚⊕h﹙PW﹚，然后將信息{Ri,，h﹙·﹚,，Ks,，ku,，公鑰算法}寫入智能卡。

　　R3: S 把智能卡通過安全信道交給用戶，即S U：Card{Ri,，h﹙·﹚,，Ks，ku,，公鑰算法},。

　　2.2 登陸階段

　　L1：用戶U 把智能卡插入相關(guān)終端設(shè)備，輸入ID,、PW,，智能卡與終端設(shè)備驗(yàn)證ID、PW 的合法性,，否則放棄,。

　　L2：記錄系統(tǒng)時(shí)戳T1，智能卡計(jì)算Vi=Ri⊕h﹙PW﹚,，C1= h﹙T1⊕Vi﹚,，并使用服務(wù)器的公鑰Ks 進(jìn)行加密運(yùn)算，ET1=E﹙T1,，Ks﹚,，EC1=E﹙C1，Ks﹚,。

　　L3：用戶U 通過一般信道將登陸信息m1{T1,，C1，ET1,，EC1}發(fā)給服務(wù)器S,，即：U→S: m1{ T1，C1,，ET1,，EC1}。

　　2.3 雙向驗(yàn)證階段

　　V1：服務(wù)器S 收到m1{ T1,，C1,，ET1，EC1}后,，首先用自己的私鑰ks 進(jìn)行解密運(yùn)算：T1*=D﹙T1,，ks﹚，C1*=D（C1,，ks﹚,，然后進(jìn)行比較判斷：T1*與T1 是否相等，C1*與C1 是否相等,。若不能滿足兩者同時(shí)相等,，則放棄；若兩者同時(shí)相等，則進(jìn)行下面的計(jì)算,。

　　V2：計(jì)算Vi= h﹙ID⊕ks﹚,。

　　V3：驗(yàn)證h﹙T1⊕Vi﹚是否與C1 相等，若不相等,，則為非法用戶,；若相等，則為合法用戶,。

　　V4：記錄系統(tǒng)時(shí)戳T2,，計(jì)算C2= h﹙T2⊕Vi﹚，并使用存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的用戶的公鑰Ku 進(jìn)行加密運(yùn)算：ET2=E（T2,，Ku﹚,，EC2=E﹙C2，Ku﹚,。

　　V5：服務(wù)器S 通過一般信道將反饋信息m2{ T2,，C2，ET2,，EC2}發(fā)給用戶U,。即：S→U: m2{ T2，C2,，ET2,，EC2}。

　　V6：用戶U 收到信息m2{ T2,，C2,，ET2，EC2}后,，使用自己的私鑰ku 進(jìn)行解密運(yùn)算：T2*=D﹙T2,，ku﹚，C2*=D﹙C2,，k u﹚,，然后進(jìn)行比較判斷：T2*與T2 是否相等，C2*與C2 是否相等,。若不能滿足兩者同時(shí)相等,，則放棄；若兩者同時(shí)相等,，則進(jìn)行下面的計(jì)算,。

　　V7：驗(yàn)證h﹙T2⊕Vi﹚是否與C2 相等，若不相等,，則為非法服務(wù)器,；若相等,，則為合法服務(wù)器。

　　2.4 密碼修改階段

　　P1：計(jì)算Ri*=Ri⊕h（PW）⊕h（PW*）=h（ID⊕ks）⊕h﹙PW*﹚,。

　　P2：用Ri*取代Ri，并存放在智能卡中,。

　　3 安全性分析

　　該方案引入了公鑰密碼體制,，在非安全信道傳遞信息時(shí)，均經(jīng)過加密處理,，因此具有很強(qiáng)的安全性,，能抵御多種攻擊。

　　3.1 重放攻擊

　　假設(shè)攻擊者截獲了L3 階段的登錄信息m1{ T1,，C1,，ET1，EC1},，并且更改了明文形式的時(shí)戳T1 為T1’,。但是，在登錄信息中仍然包含了加密后的時(shí)戳ET1,，在V1 階段,，由于解密出的T1*≠T1’，攻擊者遭到拒絕,。

　　3.2 拒絕服務(wù)攻擊

　　在很多文獻(xiàn)中都是利用T2-T1=ΔT 來作為驗(yàn)證條件,，因此當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生阻塞或攻擊者故意攔截登錄信息并延遲一段時(shí)間后再重新向S 傳遞時(shí)，S 檢測出ΔT 不符合條件,，容易發(fā)生拒絕服務(wù)攻擊,。文中所提出的方案，不需要用ΔT 來作為驗(yàn)證條件,，即使網(wǎng)絡(luò)阻塞或攻擊者故意延遲,，由于T1 的值沒有改變，T1= T1*,，故不會(huì)引起拒絕服務(wù)攻擊,。并且系統(tǒng)不需要很嚴(yán)格的同步要求。

　　3.3 ReflectiON Attack 攻擊

　　假設(shè)攻擊者截獲L3 階段的信息m1{ T1,，C1,，ET1，EC1}并阻塞該信息的傳輸,，而且假冒S,，跳過驗(yàn)證階段的V1~V4階段，直接又向用戶U 發(fā)送m1{ T1,，C1,，ET1,，EC1}，企圖冒充V5 階段的信息m2{ T2,，C2,，ET2，EC2},。但該方案中,，ET1、EC1 是用S 的公鑰Ks 加密的,，只能用S 的私鑰ks 來解密,，而用戶U 沒有ks ,因此無法計(jì)算出T1*和C1*，故此攻擊不可行,。

　　3.4 Parallel Attack 攻擊

　　假設(shè)攻擊者截獲V5 階段的信息m2{ T2,，C2，ET2,，EC2},，并假冒用戶U 向S 重新發(fā)送m2。但在S 端要進(jìn)行解密計(jì)算卻是不可行的,，因?yàn)镋T2,、EC2 是用U 的公鑰Ku 加密的，而其私鑰k u 在U 端才用,，S 端不能進(jìn)行解密運(yùn)算,。

　　3.5 智能卡丟失復(fù)制攻擊

　　由于攻擊者不知道密碼PW，故無法得出Ri=h（ID⊕ks）⊕h（PW）,。同樣,，即使得知了ID、PW,，如果沒有智能卡,，也無法假冒用戶U。

　　3.6 真正地雙向認(rèn)證

　　方案使用了公鑰密碼算法,，U,、S 分別使用對方的公鑰加密，然后發(fā)送信息,，使用自己的私鑰解密,，在計(jì)算上是平等的，所以無論攻擊者要假冒哪方都是不可行的,，從而實(shí)現(xiàn)了真正地雙向認(rèn)證,。

　　4 結(jié)語

　　從以上分析可以看出，通過引入公鑰加密體制,，文中提出的方案可抵御重放攻擊,、拒絕服務(wù)攻擊,、Reflection Attack攻擊、Parallel Attack 攻擊,、智能卡丟失復(fù)制攻擊,，并且實(shí)現(xiàn)了通信雙方的雙向身份認(rèn)證。雖然該方案由于公鑰密碼算法的引入占用了部分的計(jì)算資源,，但卻大大提高了系統(tǒng)的安全性,，并且隨著電子技術(shù)和芯片技術(shù)的快速發(fā)展，智能卡計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力的不斷提高,，該方案優(yōu)越性會(huì)越來越突出其,。該方案具體采用公鑰密碼算法中的哪種算法如RSA,、El-Gamal,、橢圓曲線等，不在本文討論范圍,。